tMEM - Monitor energii z interfejsem Modbus

tMEM to jednofazowy, dwukierunkowy monitor energii z interfejsem Modbus RTU. Po podłączeniu tego urządzenia do LK4 zyskujemy nowoczesne rozwiązanie do zdalnego monitorowania energii elektrycznej oraz definiowania zdarzeń w celu optymalizacji zużycia energii w obiektach komercyjnych, przemysłowych i mieszkalnych. Dzięki dwukierunkowemu pomiarowi, miernik nadaje się również do współpracy z instalacjami fotowoltaicznymi.

Urządzenie jest sprzedawane z CT (transformator prądowy) 100A/50mA, z którym jest skalibrowane do pracy.

Podstawowe własności #

Pomiar pośredni przy użyciu łatwego w instalacji przekładnika prądowego (split-core).
Pomiar dwukierunkowy - eksportowana moc jest przedstawiana ze znakiem "-". Energia jest przedstawiana jako energia importowana i energia eksportowana.
Odczyt przez magistralę Modbus w czasie rzeczywistym: napięcie, natężenie prądu, moc, częstotliwość, energia pobrana, energia oddana, uptime.
Dokładność pomiarowa urządzenia: indeks klasy B.
Monitor i transformator prądowy są kalibrowane za pomocą urządzenia wzorcowego.

Specyfikacja techniczna #

Zasilanie	5-12 V DC (złącze) 5 V (USB)
Znamionowe napięcie wejściowe AC	230 V
Zakres pomiaru prądu AC	0 - 100 A
Nieczułość pomiaru mocy	3 - 4 W
Interfejsy	Modbus RTU (RS485), Serial (przez USB; 115200 baud)
Wymiary	74 x 40 x 30 mm (bez uchwytu DIN)
Waga	50 g

Informacje prawne #

tMEM to monitor energii przeznaczony do zastosowań pomiarowych i automatyki w instalacjach elektrycznych. Urządzenie nie posiada certyfikatu MIB, który jest wymagany dla liczników energii przeznaczonych do rozliczeń. W związku z tym nie może być stosowany do celów rozliczeniowych.

Domyślna konfiguracja #

Urządzenie tMEM jest fabrycznie skonfigurowane z następującymi ustawieniami:

Adres Modbus (Slave ID): 1
Interwał automatycznego zapisu: 600 sekund
(Dane pomiarowe – takie jak energia – są zapisywane do pamięci nieulotnej w tym odstępie czasu.)

Domyślne ustawienia będą odpowiednie dla większości standardowych instalacji. Jeśli jednak zachodzi potrzeba zmiany adresu Modbus, można to łatwo zrobić przy użyciu wbudowanego przycisku i diody LED statusu umieszczonych obok portu USB.

Szybka konfiguracja adresu Modbus #

Aby odczytać aktualny adres:

Naciśnij przycisk jednokrotnie.
Dioda LED zamiga tyle razy, ile wynosi aktualny adres.
(Na przykład: 2 mignięcia = adres 2)

Aby ustawić nowy adres:

Przytrzymaj przycisk.
Po 2 sekundach dioda LED zamiga 1 raz.
Trzymaj dalej – dioda będzie migać co sekundę, maksymalnie do 5 razy.
Zwolnij przycisk po liczbie mignięć odpowiadającej żądanemu adresowi.
(Na przykład: aby ustawić adres 3, zwolnij po trzecim mignięciu.)

⚠️ Jeśli przycisk będzie przytrzymywany dłużej niż 7 sekund, proces zostanie anulowany, a adres nie zostanie zmieniony.

Aby uzyskać dostęp do bardziej zaawansowanych opcji konfiguracji, przejdź do sekcji Zaawansowana konfiguracja.

Integracja z LK #

tMEM bezproblemowo integruje się z urządzeniami LK4 oraz LK3.5+. Może być zasilany bezpośrednio z wyjść 5V i GND kontrolera LK. Następnie należy podłączyć go — samodzielnie lub wraz z innymi urządzeniami Modbus — do złącz Modbus A+ i B− w urządzeniu LK, aby nawiązać komunikację.

Po podłączeniu skonfiguruj niestandardowy moduł Modbus w LK, korzystając z gotowego pliku konfiguracyjnego dostępnego w sekcji Do pobrania. Plik ten można łatwo dostosować do własnych potrzeb, aby odczytywał tylko interesujące Cię parametry, takie jak napięcie, prąd, moc lub energia.

Aktualizacja firmware #

Aby zaktualizować oprogramowanie, urządzenie tMEM należy uruchomić w trybie bootloadera. W tym trybie urządzenie pojawia się jako nośnik pamięci masowej o nazwie RPI-RP2 po podłączeniu do komputera. Wystarczy skopiować nowy plik z firmware do tego nośnika. Po zakończeniu kopiowania urządzenie automatycznie się zrestartuje i wznowi normalną pracę z nowym oprogramowaniem.

Uruchamianie trybu bootloadera #

Tryb bootloadera można włączyć na dwa sposoby:

Przez konsolę USB
Podłącz urządzenie do komputera i otwórz konsolę szeregową (zobacz instrukcje w sekcji Zaawansowana konfiguracja).
Następnie wyślij polecenie: bootloader.
Połączenie zostanie przerwane, a urządzenie uruchomi się ponownie w trybie bootloadera.
Przez przycisk sprzętowy
Otwórz obudowę urządzenia, aby uzyskać dostęp do przycisku FLASH / SW1.
Naciśnij i przytrzymaj ten przycisk przed podłączeniem urządzenia do komputera przez USB.
Przytrzymaj go przez chwilę, gdy urządzenie się włącza. Gdy wejdzie w tryb bootloadera, możesz puścić przycisk.

💡 Pliki z oprogramowaniem dostępne są w sekcji Do pobrania.

Zaawansowana konfiguracja #

Aby zmienić ustawienia, musisz podłączyć tMEM do komputera przez USB. Urządzenie może być zasilane przez USB, więc nie są potrzebne żadne dodatkowe połączenia zasilania.

Wymagane oprogramowanie #

Aby nawiązać połączenie z licznikiem impulsów, będziesz potrzebować aplikacji obsługującej komunikację szeregową. Popularne opcje to:

PuTTy
TeraTerm
PySerial (biblioteka Pythona), która zawiera przydatne narzędzia, takie jak pyserial-miniterm (do zarządzania połączeniami) i pyserial-ports (do wyświetlania dostępnych portów COM).

Przykładowy proces konfiguracji #

Wyświetlenie dostępnych portów:
Uruchom pyserial-ports, aby wyświetlić dostępne porty COM przed podłączeniem urządzenia. Wynik może wyglądać tak:
```
COM1
COM3
COM15
COM16
COM17
```
Podłącz urządzenie
Podłącz tMEM i uruchom ponownie polecenie. Nowy port COM (np. COM11) będzie reprezentował podłączone urządzenie.
Połącz z tMEM
Użyj następujących parametrów połączenia:
- Baud rate: 115200
- Byte size: 8 bits
- Parity: None
- Stop bits: 1
Przykładowe polecenie:
```
pyserial-miniterm COM11 115200
```
Wysyłanie poleceń
Po połączeniu możesz wydawać polecenia do urządzenia. Każde polecenie musi być zakończone klawiszem Enter. Przydatnym poleceniem jest ? lub help, które wyświetla listę wszystkich dostępnych poleceń (opisanych poniżej).

Lista poleceń #

Polecenie	Opis
address? \| a?	Odczytuje aktualny adres Modbus (Slave ID).
address=X \| a=X	Ustawia adres Modbus. Parametry: X – adres do ustawienia, liczba z zakresu <1, 255>.
ratio_X?	Odczytuje współczynnik przeliczeniowy dla sensora. X – Voltage, Current lub Power.
ratio_X=Y	Ustawia współczynnik przeliczeniowy. X – jak wyżej, Y – wartość typu float.
read_sensor	Odczytuje aktualne wartości z sensora.
reset_energy	Resetuje stan zliczonej energii.
set_energy=X,Y	Ustawia stan energii. X – energia dodatnia, Y – energia zwrotna (obie jako float).
save_config \| sc	Zapisuje konfigurację do pamięci Flash. Należy użyć po zmianie adresu Modbus, współczynników przeliczeniowych oraz ustawień autozapisu.
read_registers \| rr	Odczytuje wartości rejestrów Modbus.
read_definitions \| rd	Odczytuje definicje rejestrów Modbus: nazwa, adres, typ.
auto_save? \| as?	Odczytuje wartość funkcji autozapisu. Jest to interwał w sekundach, w którym liczniki są zapisywane do pamięci.
auto_save=X \| as=X	Ustawia wartość funkcji autozapisu. Parametry: X – czas w sekundach, liczba z zakresu <0, 65 535>; wartość 0 wyłącza funkcję.
read_status \| rs	Odczytuje zapisany stan urządzenia.
write_status \| ws	Zapisuje bieżący stan do pamięci nieulotnej.
bootloader	Uruchamia urządzenie w trybie bootloadera w celu aktualizacji oprogramowania. Po podłączeniu do komputera urządzenie pojawi się jako dysk o nazwie RPI-RP2, na który należy skopiować plik firmware z rozszerzeniem uf2. Następnie urządzenie automatycznie zrestartuje się i uruchomi w trybie normalnej pracy.
restart	Restartuje urządzenie.
verbose=X \| v=X	Włącza lub wyłącza tryb szczegółowy (verbose), który wyświetla więcej komunikatów.
help \| ?	Wyświetla pomoc z listą dostępnych poleceń.

Typowe przypadki użycia #

Niektóre polecenia przydają się tylko w szczególnych przypadkach, które przedstawiam poniżej.

Adresowanie Modbus: W przypadku używania wielu tMEM na jednej magistrali Modbus lub z innym urządzeniem o tym samym adresie, warto użyć polecenia address=X w celu zmiany adresu na unikalny.
Do szybkiej zmiany adresu Modbus można także wykorzystać przycisk sprzętowy (szczegóły tutaj).
Automatyczne zapisywanie: Jeśli wymagane jest zachowanie stanu w przypadku awarii zasilania itp., należy użyć polecenia auto_save=X, co spowoduje okresowe zapisywanie ich stanu w pamięci trwałej. Należy pamiętać o zużyciu pamięci flash, ponieważ ma ona ograniczoną liczbę zapisów (szacowaną na 100 tys.). Dlatego podczas korzystania z tej funkcji należy wybrać wartość, która jest akceptowalnym kompromisem. Domyślna wartość 600 (sekund) powinna pozwolić na około 2 lata pracy urządzenia.
Urządzenia korzystają z systemu plików z równoważeniem zużycia (wear-leveling), co powinno znacząco zwiększyć oczekiwaną liczbę możliwych zapisów (Nasze urządzenie testowe wykonało już ponad 440 000 zapisów bez błędów).
Resetowanie i ustawianie stanu energii: Przydatne podczas wymiany monitora energii lub zmiany lokalizacji instalacji. Przykładowo set_energy=123.123,0.345 ustawi stan energii importowanej na 123.123 kWh oraz energii eksportowanej na 0.345 kWh.
Zapisywanie zmian: Po zmianie ustawień za pomocą poleceń: address=X, ratio_X=Y, auto_save=X, należy użyć polecenia save_config, aby zapisać zmiany w pamięci trwałej. W przeciwnym razie zostaną utracone przy utracie zasilania lub ponownym uruchomieniu urządzenia.

Rejestry Modbus #

Poniżej przedstawiono listę rejestrów Modbus dostępnych w urządzeniu.
Lista odpowiada wynikowi komendy read_definitions i zawiera nazwy, adresy, typy i dzielniki.

| Name                           | Addr | Type   | Func         | Divisor |
| ------------------------------ | ---- | ------ | ------------ | ------- |
| uptime                         | 3000 | uint32 | 0x04 (IREG)  |         |
| Voltage                        | 3002 | int32  | 0x04 (IREG)  |      10 |
| Current                        | 3004 | int32  | 0x04 (IREG)  |    1000 |
| Power                          | 3006 | int32  | 0x04 (IREG)  |      10 |
| Frequency                      | 3008 | int32  | 0x04 (IREG)  |    1000 |
| PositiveEnergy                 | 3010 | int32  | 0x04 (IREG)  |    1000 |
| ReverseEnergy                  | 3012 | int32  | 0x04 (IREG)  |    1000 |
| V_RMS                          | 3014 | int32  | 0x04 (IREG)  |       1 |
| I_RMS                          | 3016 | int32  | 0x04 (IREG)  |       1 |
| I_FAST_RMS                     | 3018 | int32  | 0x04 (IREG)  |       1 |
| WATT                           | 3020 | int32  | 0x04 (IREG)  |       1 |
| CF_CNT                         | 3022 | int32  | 0x04 (IREG)  |       1 |
| FREQ                           | 3024 | int32  | 0x04 (IREG)  |       1 |
| version_major                  | 3100 | uint16 | 0x04 (IREG)  |         |
| version_minor                  | 3101 | uint16 | 0x04 (IREG)  |         |
| version_patch                  | 3102 | uint16 | 0x04 (IREG)  |         |
| address                        | 4000 | uint16 | 0x03 (HREG)  |         |
| auto_save                      | 4006 | uint16 | 0x03 (HREG)  |         |